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Published in: Water Resources Management 10/2015

01-08-2015

Quantification of Climate Change Impact on Regional Agricultural Irrigation and Groundwater Demand

Authors: Peter Kreins, Martin Henseler, Jano Anter, Frank Herrmann, Frank Wendland

Published in: Water Resources Management | Issue 10/2015

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Abstract

Climate change is expected to impact agricultural production conditions and groundwater resources. The climate change impacts are expected to be of particular importance for the German region North Rhine-Westphalia. Due to a high population density and intensive partial irrigation of agricultural production, future resource conflicts for groundwater are expected. An integrated model framework consisting of climate, crop-soils and groundwater models represents the regional heterogeneous climatic, geographic and agronomic conditions. The integrated model framework simulates the irrigation demand and groundwater recharge. An ex-post comparison between the simulated reference period (1961 to 1990) and statistical data prove a good model validity. The climate change scenario for the future period 2051 to 2080 assumes decreasing precipitation and increasing transpiration. The simulated total irrigation demand increases by nearly 20 times compared to the reference period (1961 to 1990) and increases regionally to more than 40 mm/ha. Decreasing groundwater recharge results in a tenfold increased share of irrigation water from groundwater. This share accounts regionally for more than 30 %. The results indicate important impacts for both agricultural production and other groundwater users.

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go back to reference Gömann H, Kreins P, Heidecke C (2011) How global conditions impact regional agricultural production and nitrogen surpluses in the German Elbe River Basin. Reg Environ Chang 11:663–678. doi:10.1007/s10113-010-0198-1 CrossRef Gömann H, Kreins P, Heidecke C (2011) How global conditions impact regional agricultural production and nitrogen surpluses in the German Elbe River Basin. Reg Environ Chang 11:663–678. doi:10.​1007/​s10113-010-0198-1 CrossRef
go back to reference Hattermann FF, Weiland M, Huang S et al (2011) Model-supported impact assessment for the water sector in Central Germany under climate change—a case study. Water Resour Manag 25:3113–3134. doi:10.1007/s11269-011-9848-4 CrossRef Hattermann FF, Weiland M, Huang S et al (2011) Model-supported impact assessment for the water sector in Central Germany under climate change—a case study. Water Resour Manag 25:3113–3134. doi:10.​1007/​s11269-011-9848-4 CrossRef
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go back to reference Kuhr P, Haider J, Kreins P et al (2013) Model based assessment of nitrate pollution of water resources on a federal state level for the dimensioning of agro-environmental reduction strategies. Water Resour Manag 27:885–909. doi:10.1007/s11269-012-0221-z CrossRef Kuhr P, Haider J, Kreins P et al (2013) Model based assessment of nitrate pollution of water resources on a federal state level for the dimensioning of agro-environmental reduction strategies. Water Resour Manag 27:885–909. doi:10.​1007/​s11269-012-0221-z CrossRef
go back to reference Kumar CP (2012) Climate change and its impact on groundwater resources. Int J Eng Sci 1:43–60 Kumar CP (2012) Climate change and its impact on groundwater resources. Int J Eng Sci 1:43–60
go back to reference Kunkel R, Kreins P, Tetzlaff B, Wendland F (2010) Forecasting the effects of EU policy measures on the nitrate pollution of groundwater and surface waters. J Environ Sci (China) 22:872–877CrossRef Kunkel R, Kreins P, Tetzlaff B, Wendland F (2010) Forecasting the effects of EU policy measures on the nitrate pollution of groundwater and surface waters. J Environ Sci (China) 22:872–877CrossRef
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go back to reference Nikolic VV, Simonovic SP, Milicevic DB (2013) Analytical support for integrated water resources management: a new method for addressing spatial and temporal variability. Water Resour Manag 27:401–417. doi:10.1007/s11269-012-0193-z CrossRef Nikolic VV, Simonovic SP, Milicevic DB (2013) Analytical support for integrated water resources management: a new method for addressing spatial and temporal variability. Water Resour Manag 27:401–417. doi:10.​1007/​s11269-012-0193-z CrossRef
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go back to reference Spekat A, Enke W, Kreienkamp F (2007) Neuentwicklung von regional hoch aufgelösten Wetterlagen für Deutschland und Bereitstellung regionaler Klimaszenarios auf der Basis von globalen Klimasimulationen mit dem Regionalisierungsmodell WETTREG auf der Basis von globalen Klimasimulationen mit ECHAM5/MPI-OM T63L31 2010 bis 2100 für die SRES-Szenarios B1, A1B und A2. Climate & Environment Consulting Potsdam GmbH, Umwelbundesamt, Dessau Spekat A, Enke W, Kreienkamp F (2007) Neuentwicklung von regional hoch aufgelösten Wetterlagen für Deutschland und Bereitstellung regionaler Klimaszenarios auf der Basis von globalen Klimasimulationen mit dem Regionalisierungsmodell WETTREG auf der Basis von globalen Klimasimulationen mit ECHAM5/MPI-OM T63L31 2010 bis 2100 für die SRES-Szenarios B1, A1B und A2. Climate & Environment Consulting Potsdam GmbH, Umwelbundesamt, Dessau
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Title
Quantification of Climate Change Impact on Regional Agricultural Irrigation and Groundwater Demand
Authors
Peter Kreins
Martin Henseler
Jano Anter
Frank Herrmann
Frank Wendland
Publication date
01-08-2015
Publisher
Springer Netherlands
Published in
Water Resources Management / Issue 10/2015
Print ISSN: 0920-4741
Electronic ISSN: 1573-1650
DOI
https://doi.org/10.1007/s11269-015-1017-8

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